Дробление и измельчение рудных и нерудных материалов

Доклад в Московском горном государственном университете

ДРОБЛЕНИЕ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ РУДНЫХ И НЕРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ СВОБОДНЫМ УДАРОМ В ЦЕНТРОБЕЖНО-УДАРНЫХ ДРОБИЛКАХ И МЕЛЬНИЦАХ

А.В. Лисица


Одной из главных проблем, стоящей сегодня перед горно-добывающей отраслью, является снижение издержек при добыче полезных ископаемых (подготовительные процессы). Основные усилия сосредотачиваются в переносе центра тяжести с измельчения на дробление путем получения более мелкого питания мельниц в двухстадиальных схемах. При этом особое внимание уделяется качеству получаемых материалов. Это заставляет искать новые способы разрушения горных пород, к которым можно отнести центробежно-ударный, в основе которого лежит метод разрушения дисперсных материалов свободным ударом о наподвижную преграду.

Хотя разрушение свободным ударом начали применять на практике достаточно давно (более 20 лет назад), до сих пор не преодолено скептическое отношение специалистов к центробежно-ударным дробилкам. Это может быть объяснено ненадежностью первых образцов центробежных дробилок. В первую очередь это относится к опорным узлам роторных систем, что влечет за собой чувствительность к дисбалансам, и, как следствие, невозможность вращать большие массы с высокими скоростями. Долгое время нерешенным был вопрос с износом рабочих органов. По этим причинам до настоящего времени разрабатывались схемы обогатительных фабрик, дробильно-сортировочных заводов на основе традиционного оборудования, такого как конусные дробилки, шаровые мельницы и др. Хотя, достаточно хорошо известны несомненные преимущества ударного разрушения горных пород, к которым в первую очередь относится лучшее раскрытие полезных компонентов руды в более крупных классах и более низкое переизмельчение, чем в классических схемах.

Производители дробильно-измельчительного оборудования на протяжении многих лет пытаются разработать свои конструкции машин, основанных на принципе ударной дезинтеграции. Однако даже использование в них сложнейших демпферных узлов не позволяло до настоящего времени создать надежную конструкцию для реализации высокоскоростного удара о неподвижную преграду, так как в основе всех этих разработок лежал подшипниковый опорный узел. В результате выпускаемые в настоящее время дробилки имеют ряд ограничений, таких как крупность исходного питания до 50 – 60 мм, диаметр ротора не более 1 м и соответственно скорость вращения до 60 – 70 м/с для больших типоразмеров. Данные ограничения значительно сужают области применения подобного оборудования, делают для него недостижимыми измельчение до крупности ниже 5-10 мм, то есть не позволяют эффективно заменить конусные дробилки мелкого дробления в существующих схемах.

Одна из ведущих российских фирм по добыче благородных металлов ОАО "МНПО "Полиметалл" стала инициатором создания фирмы ЗАО "Новые технологии", научно-технические и машиностроительные разработки которой являются продолжением исследований, начатых в 1980-90 г.г. в рамках программ Минсредмаша.

Исследования, выполненные силами специалистов и научных коллективов, влившихся в свое время в МНПО «Полиметалл» и являющихся инициаторами, идеологами и создателями данной техники, позволили решить проблемы, о которых говорилось выше. Для этого в конструкции центробежных машин была применена так называемая воздушная опора, первые упоминания о которой можно встретить еще в начале ХХ века.

Благодаря простой, но эффективной и надежной конструкции удалось решить целый ряд проблем, которые ранее считались невыполнимыми. Опора представляет из себя две полусферы, в зазор между которыми нагнетается под небольшим давлением воздух. Роторная часть самостоятельно выбирает ось вращения под действием внешних факторов. При этом значительно снижается чувствительность к дисбалансам (по сравнению с аналогами в 5-10 раз), а роторные системы практически не имеют ограничений по скорости и размерам вращающихся систем (изготавливались ротора диаметром до 10 м). Также стало возможным значительное повышение крупности питания. В настоящее время ограничения связаны уже не с возможными дисбалансами системы, а с повышенным износом футеровки при крупном питании. А эти ограничения гораздо менее жесткие, что позволило увеличить питание дробилки с минус 50 до минус 70 мм, а в конструкциях с двойным питанием (на ротор и рудный карман) до 110 мм.

Реализация высокоскоростных режимов (до 100 м/сек) позволила разработать уникальные в своем роде центробежно-ударные мельницы , которые позволяют измельчать материалы до 40 – 50 мкм. При этом за счет отсутствия передачи вибраций на корпус, оборудование не требует массивных оснований, может быть смонтировано на любой отметке производственного здания и отличается самой низкой материалоемкостью в своем классе.

В настоящее время разработан типоразмерный ряд дробильно-измельчительного оборудования, способный закрыть большинство вопросов, стоящих перед горнодобывающей промышленностью. Производятся дробилки и мельницы с роторами от 0,36 до 2,5 м, с возможностью варьирования скоростей от 40 до 100 м/с на всех типоразмерах. Производительность в открытом цикле может варьироваться от 1 до 650 т/ч.

За счет исключительной легкости замены быстроизнашиваемых элементов (время замены ускорителя не превышает 1 ч двумя рабочими) КИО оборудования составляет не менее 0,85.

Увеличение скоростей до 100 м/с позволило создать уникальные в своем роде центробежно-ударные мельницы, представляющие из себя комплекс из центробежно-ударной дробилки и классификатора. Работающие в замкнутых циклах измельчительные комплексы позволяют получать готовые продукты крупностью вплоть до 40 мкм.

Все перечисленное оборудование производится на мощностях ОАО «Балтийский завод» – крупнейшем машиностроительном заводе Северо-Запада Росии, имеющем сертификат ИСО 9001.

Сейчас основной областью применения центробежных дробилок является производство кубовидного щебня, что в первую очередь связанно с невысокими скоростями дробления, крупностью питания и относительной легкостью получения готового продукта (как правило, минус 20 мм). Однако применение центробежных дробилок и мельниц в подготовительных процессах обогатительных фабрик находит в последнее время все большее применение. Так, на золотодобывающих фабриках МНПО "Полиметалл" для обогащения в основном используется кучное выщелачивание, что требует применять сухие способы рудоподготовки. Центробежно-ударное измельчение в сухую до крупности меньше 5-10 мм в данных случаях становится практически безальтернативным.

Сегодня дробилки и мельницы ЗАО "Новые технологии" находят применение в подготовительных процессах таких фабрик, как ЗИФ на месторождениях Барун-Холба, Воронцовское и ряде других, с целью существенного снижения крупности питания, поступающего на измельчение , а в отдельных случаях даже полной замены шаровых мельниц на центробежные. На месторождении Дукат центробежно-ударная дробилка планируется к использованию на додрабливании критического класса мельницы самоизмельчения. Имея более низкие эксплуатационные показатели по сравнению с дробилками Water Flush, которые были запланированы к установке в первоначальном проекте фабрики, дробилка Титан Д той же производительности более чем в 6 раз дешевле.

Повышение скоростей дробления до 80 – 100 м/с позволило выйти на качественно новый уровень. Проведенные промышленные испытания установили, что при дроблении руд крепостью до 20 по Протодьяконову и крупностью до 100 мм степень сокращения достигает 15-20 при расходе электроэнергии до 3,0 кВт/ч. При этом, несмотря на повышенный расход электроэнергии, повышается на 20-30% производительность дальнейшего измельчения за счет более низкой крупности исходных продуктов дробления (75% класса менее 10 мм для центробежной дробилки, против 44,5% при использовании конусной дробилки) и, как следствие, значительно снижаются общие энергозатраты измельчения.

Однако основные преимущества центробежно-ударного измельчения находится в том, что разрушение минералов происходит по местам спайности, то есть этот метод разрушения обладает высокой селективностью раскрытия при более грубом помоле, что имеет решающее значение при дальнейшем обогащении и позволяет начинать его на более ранних стадиях.

Испытания титаномагнетитовых руд, дробленных на центробежно-ударной дробилке, на обогатимость показали возможность сброса в хвосты на стадии сухой магнитной сепарации до 50% руды, против 15% по существующей технологии (дробление в конусных дробилках). При этом центробежно-ударные дробилки могут быть установлены в третью стадию дробления вместо конусных без каких либо серьезных доработок.

Исследования, проведенные на окисленных железистых кварцитах, показали, что при центробежном измельчении до 80% класса –0,074 мм эффективность обогащения повышается на 6,8 – 15,9%. Это достигалось не только за счет увеличения селективности раскрытия, но и за счет уменьшения шламообразования.

При ударном измельчении алмалыкской руды содержание меди в концентрате повышается на 3,1%, а извлечение на 6,5% в сравнении с сухим шаровым измельчением.

При этом, дробление и измельчение ведется в сухую, что значительно снижает затраты на рудоподготовку, а в ряде случаев позволяет вести обогащение в сухую.

Так, например, сухое обогащение карбонатных марганцевых руд Полуночного месторождения (Северный Урал) позволило получить концентрат с содержанием марганца не менее 30% при 19% содержании в исходной руде. При этом извлечение марганца в концентрат составило 79% и 8% содержание в хвостах обогащения.

Опробование этой технологии на окисленных марганцевых рудах Северо-Казахстанского региона показало возможность получения концентрата с содержанием марганца более 40% (в исходной руде до 14%), при его извлечении в концентрат не ниже 70% и содержании марганца в хвостах около 6%.

К одним из существенных достоинств центробежных дробилок относится значительное снижение капитальных затрат, связанных с их установкой, вследствие отсутствия необходимости в устройстве дорогостоящих фундаментов под них. Этот фактор, а также их сравнительно небольшие габаритные размеры и вес, также облегчают перестройку существующих схем измельчения на использование в них центробежных дробилок.

ЗАО "Новые технологии" производит несколько типоразмеров центробежных дробилок и мельниц, а также различные типы воздушных гравитационных и центробежных классификаторов, позволяющих классифицировать в сухую. Установка дробилок в замкнутый цикл с классификаторами дает возможность получать материал флотационной крупности. Большая гамма выпускаемого оборудования дает широкие возможности в его применении при рудоподготовке.

Технические характеристики центробежных дробилок и мельниц для руд средней крепости представлены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЦЕНТРОБЕЖНО-УДАРНЫХ ДРОБИЛОК "ТИТАН-Д"

Параметры Титан Д-125
Титан Д-160
Титан Д-250

Производительность, т/ч*
до 150/220
до 250/330
до 500/650

Крупность питания, мм**
до 60/100
до 70/110
до 100/150

Установленная мощность, кВт
110-200
160-315
315-500

Скорость удара, м/с
35-100
35-100
35-100

Габаритные размеры, м:

Длина х ширина х высота
2,87х2,57х 3,44
3,94х3,20х 3,70
6,24х4,33х4,54

Масса, т
9
15
30



*- Производительность указанна для открытого цикла с питанием через ротор и двойным питанием (через ротор и на рудный карман)

**- Крупность питания через ротор (первая цифра) и через рудный карман (вторая цифра)


Таблица 2

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Параметры
Титан М-63
Титан М-125
Титан М-160

Производительность, т/ч
1 – 3
3 – 15
10 – 55

Крупность питания, мм
до 30
до 40
до 70

Крупность измельченного продукта (может регулироваться), мм
0,04 – 0,3
0,05 – 0,5
0,06 – 3

Установленная мощность, кВт
110
305
до 850

Габаритные размеры, м:

Длина х ширина х высота
5,5х3,0х7,6
7,6х4,2х15,3
9,0х6,5х15,3

Масса, т
8
22
35



*- Характеристики центробежных мельниц уточняются в каждом конкретном случае

**- Центробежно-ударные мельницы Титан М комплектуются встроенными классификаторами и для получения дополнительных продуктов могут быть дополнены выносными классификаторами